Теплообменник, виды теплообменных аппаратов

Теплообменный аппарат. Виды, устройство, классификация теплообменников.: Теплообменный аппарат теплообменник это устройство в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими средами Устройства в которых между средами происходит массообмен называют массообменными аппаратами Аппараты в которых одновременно протекают тепло и массообмен называют тепломассообменными

Введение

Теплообменник – техническое устройство, предназначенное для передачи тепла между нагретой средой и холодной. Чаще всего теплообмен осуществляется через элементы конструкции аппарата, хотя встречаются агрегаты, принцип действия которых основан на смешении двух сред.

Области применения теплообменных аппаратов:

  • системы отопления;
  • металлургия;
  • энергетика;
  • тепловые пункты;
  • химическая и пищевая промышленности;
  • системы кондиционирования и вентилирования воздуха;
  • коммунальное хозяйство;
  • атомная и холодильная отрасли.

Принцип работы теплообменника

Во время осуществления теплообмена движение жидкостей происходит по направлению друг к другу. Наличие специального элемента из стали или дополнительного резинового уплотнения позволяет предотвратить смешение жидкостей в тех местах, где существует возможность протекания.

В зависимости от того, в каких именно условиях планируется эксплуатация конкретного теплообменника, количество пластин, а также способ обработки их поверхности, могут отличаться. Это относится и к применяемым расходным материалам.

Так, производители предлагают не только изделия из доступной нержавеющей стали, но и модели, выполненные из современных сплавов, устойчивые к длительному воздействию агрессивных сред.

2. Виды и свойства теплоносителей

В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться: водяной пар, горячая вода, дымовые и топочные газы, высокотемпературные и низкотемпературные теплоносители.

Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение вследствие ряда своих достоинств:

1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.

2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты.

3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.

Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения.

Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообменники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и поэтому применяются редко.

Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в системах отопления и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи

Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при взаимодействии с сажей и золой.

Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур. Однако оно не всегда может быть использовано вследствие трудности регулировки и возможности перегрева материала. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °С, доходят до потребителя с температурой не выше 700 °С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно трудно.

К недостаткам дымовых и топочных газов при использовании их в качестве теплоносителя можно отнести следующее:

1. Малая плотность газов, которая влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, что приводит к созданию громоздких трубопроводов.

2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа связаные с большими трудностями.

3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.

К высокотемпературным теплоносителям относятся: минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли. Низкотемпературные теплоносители — это вещества, кипящие при температурах ниже 0 °С. К ним относят: аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, фреоны.

Что это за устройство?

Теплообменные аппараты имеют очень важное практическое назначение. Они обеспечивают передачу тепла между двумя агентами (называемыми теплоносителями) и исключают при этом их непосредственный контакт, перемешивание. Теплообменник нужен везде, где требуется отбирать теплоту, например, у покидающего здание воздуха, продукта сгорания или воды, и перераспределять ее, удерживать внутри обогреваемого объема. Такое оборудование работает во всех независимых комплексах теплоснабжения. Без его использования можно регулировать температуру теплоносителя строго в сторону ее понижения.

Теоретически производство и распределение тепловой энергии возможно даже без теплообменников. Штука в том, однако, что это оказывается совершенно неэффективно. Даже автоматика без такого полезного дополнения едва ли улучшит функционирование системы. Теплообменные узлы особенно актуальны в котельных комплексах. Но их могут использовать и непосредственно в жилищах или на производственных объектах.

Принцип работы

Хорошим примером чертежа теплообменника выступает эта схема. Ее размеры — 220х84 см. Можно также присмотреться и к схеме одноходового кожухотрубчатого изделия. Но все чертежи не позволяют толком представить схему действия. Она нуждается в дополнительном описании.

Каждый тип теплообменных конструкций должен выполняться в соответствии со специфическим ГОСТом. Однако не все так легко и просто, есть общие, универсальные принципы действия. В устройство попадает (направляется) поток теплоносителя. Он движется по нескольким изолированным контурам (обычно этих контуров 2, но встречаются и более сложные решения).

Контуры могут размещаться и горизонтально, и вертикально — на действие устройства это почти не влияет.

Практически обязательной составной частью устройства выступает трубная доска. Это цилиндрический блок, в котором делают много отверстий. Выработка трубных досок обязательно идет на продвинутых станках с ЧПУ. Наибольший габарит детали — 300х150 см. Теплообменник конденсатор — особый тип устройств, в котором идут процессы конденсации.

Внутрь конденсатора проходят перегретые пары теплоносителя. Их температура будет постепенно понижаться, а в ходе конденсации вещество переходит в жидкое агрегатное состояние. Отвод тепла может идти при помощи воздуха, воды и других агентов.

В ряде моделей используется решетка, которая отвечает за удержание пучка трубок и заодно за четкое разделение трубного и межтрубного участков. Чтобы конденсационные системы работали лучше и были менее подвержены вибрации, добавляют трубную перегородку.

Схемы движения потоков в пластинчатом теплообменнике

Однопроходная схема

Простейшие схемы пластинчатых теплообменников – это те, в которых обе жидкости делают только один проход, поэтому нет никакого изменения направления потоков. Они известны как однопроходные схемы 1-1, и есть два типа: противоточные и параллельные. Большим преимуществом однопроходной компоновки является то, что входы и выходы жидкости могут быть установлены в неподвижной пластине, что позволяет легко открывать оборудование для технического обслуживания и очистки, не нарушая работу трубопроводов. Это наиболее широко используемая однопроходная конструкция, известная как U-образная компоновка. Существует также однопроходная Z-схема, в которой имеется вход и выход жидкости через обе торцевые пластины (рисунок 9).

Рисунок 9 – Механизм работы однопроходного ПТ: а) U-образное расположение и Б) Z-образное расположение.

Противоточный поток, где потоки текут в противоположных направлениях, обычно предпочтительнее из-за достижения более высокой тепловой эффективности, по сравнению с параллельным потоком, где потоки текут в одном направлении.

Многопроходная схема

Многопроходные устройства могут также использоваться для повышения теплопередачи или скорости потока потоков и обычно требуются, когда существует существенная разница между расходами потоков (рисунок 10).

Рисунок 10 – Многопроходный пластинчатый теплообменник

Пластины ПТ могут обеспечивать вертикальный или диагональный поток, в зависимости от расположения прокладок. Для вертикального потока вход и выход данного потока расположены на одной стороне теплообменника, тогда как для диагонального потока они находятся на противоположных сторонах. Сборка пакета пластин включает чередование пластин “а” и “в” для соответствующих потоков. Монтаж пакета пластин в режиме вертикального потока требует только соответствующей конфигурации прокладок, поскольку устройства А и в эквивалентны (они поворачиваются на 180°, как показано на рисунке 11а). Это невозможно в случае диагонального потока, для которого требуются оба типа монтажных пластин (рисунок 11б). Плохое распределение потока с большей вероятностью происходит в массиве вертикального потока.

Рисунок 11 – (a) пластина с вертикальным потоком,  (б) пластина с диагональным потоком

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:

  • типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
  • типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
  • типа конструкции;
  • направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).

Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении (если нужно увеличить картинку, то просто кликните по ней):

Классификация теплообменных аппаратов в зависимости от устройства и принципа работы

Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы

По типу взаимодействия сред

Поверхностные

Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.

Смесительные

Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.

Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:

Градирни, как пример смесительного теплообменного аппарата

Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО

Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.

К смесительным теплообменникам относятся:

  • паровые барботеры;
  • сопловые подогреватели;
  • градирни;
  • барометрические конденсаторы.

По типу передачи тепла

Рекуперативные

В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является пластинчатый разборный теплообменник.

Регенеративные

Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.

Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.

Принцип работы регенеративного теплообменного аппарата

Рис. 3. Регенеративный теплообменник

На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1, горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3, проходит холодный поток.

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1, заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.

Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.

По типу конструкции

Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:

  • мощность теплообменника;
  • давление в системе;
  • тип сред (агрессивные или нет);
  • рабочие температуры;
  • прочие требования.

Подробную классификацию типов конструктивов теплообменных аппаратов можно посмотреть выше на Рис. 1.

По направлению движения сред

Одноходовые теплообменники

В данном виде агрегатов теплоноситель и теплопотребитель пересекают внутренний объем теплообменника однократно по кратчайшему пути. Наглядно это показано в следующем видео:

Подобная схема движения в ТО используется в простых случаях, когда не требуется повышать теплоотдачу от теплоносителя хладогенту. Кроме того, одноходовые теплообменники требуют более редкого обслуживания и промывки, так как на внутренних поверхностях скапливается меньше отложений и загрязнений.

Многоходовые теплообменники

Применяются, когда рабочие среды плохо отдают или принимают тепло, поэтому КПД теплообменного аппарата увеличивают за счет более длительного контакта теплоносителя с пластинами агрегата.

Пример работы двухходового пластинчатого теплообменника представлен в данном видео:

3. Рекуперативные теплообменные аппараты

Рекуперативные теплообменные аппараты — это установки, работающие в периодическом или в стационарном тепловом режиме. Аппараты периодического действия обычно представляют собой сосуды большой вместимости, которые через определенные промежутки времени заполняют обрабатываемым материалом или одним из теплоносителей, нагревают или охлаждают его, а затем удаляют. В стационарном режиме работают, как правило, аппараты непрерывного действия. Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов весьма разнообразны и предназначены для работы с теплоносителями типов жидкость-жидкость, пар-жидкость, газ-жидкость.

Значительно чаще используются теплообменные аппараты непрерывного действия, среди которых наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники (рис. 1). Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток и ограниченных кожухами и крышками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них разделено перегородками на несколько ходов.

В кожухотрубчатых теплообменниках обычно применяют трубы внутренним диаметром не менее 12 мм и не более 38 мм, так как при увеличении диаметра труб значительно снижается компактность теплообменника и возрастает его металлоемкость.

Длина трубного пучка колеблется от 0,9 до 5…6 м. Толщина стенки труб — от 0,5 до 2,5 мм. Трубные решетки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, запайки или сальниковых соединений. Кожух аппарата представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Он снабжен фланцами, к которым болтами крепятся крышки. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не делается тоньше 4 мм. Из-за различия температур греющей и нагреваемой сред кожух и трубы работающего аппарата также имеют различные температуры. Для компенсации напряжений, возникающих в результате различия температурных расширений труб и кожуха, применяют линзовые компенсаторы, U- и W-образные трубы, теплообменники с плавающими камерами (рис. 1).

Кожухотрубчатые рекуперативные теплообменные аппараты

Рис. 1. Кожухотрубчатые рекуперативные теплообменные аппараты: а, б — с жестким креплением труб в трубных решетках; в — с линзовыми компенсаторам корпусе; г, д — с U- и W-образными трубками; е — с нижней плавающей распределительной камерой

С целью интенсификации теплообмена увеличивают скорость теплоносителей с низким коэффициентом теплоотдачи, для чего теплообменники по теплоносителю, проходящему в трубах, делают двух-, четырех- и многоходовыми, а в межтрубном пространстве устанавливают сегментные или концентрические поперечные перегородки (рис. 1).

Если перепады давления между греющей и нагреваемой средами в аппарате достигают 10 МПа и более, применяют змеевиковые теплообменники с витыми трубами (рис. 2, а), концы которых вваривают в распределительные коллекторы или в меньшие по размерам, чем в кожухотрубных аппаратах, трубные решетки. Эти аппараты более компактны, а также позволяют обеспечить более высокие скорости и коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя, движущегося в трубах, в случае малых его расходов.

Змеевиковые и секционные рекуперативные теплообменные аппараты

Рис. 2. Змеевиковые и секционные рекуперативные теплообменные аппараты: а — с витой трубчатой поверхностью нагрева (змеевиковый); б — секционный; в — «труба в трубе»

Секционные теплообменники (рис. 2, б), как и кожухотрубчатые, применяют в самых различных областях. Они характеризуются меньшим, чем в кожухотрубчатых аппаратах, различием скоростей в межтрубном пространстве и в трубах при равных расходах теплоносителей. Из них удобно подбирать необходимую площадь поверхности нагрева и изменять ее в случае необходимости. Однако у секционных теплообменников велика доля дорогостоящих элементов — трубных решеток, фланцев, переходных камер, калачей, компенсаторов и т. п.; выше расход металла на единицу поверхности нагрева, больше длина пути теплоносителей, а следовательно, больше расход электроэнергии на их прокачку. В случае малых тепловых мощностей секции выполняют по типу теплообменников «труба в трубе», у которых в наружную трубу вставлена единственная внутренняя труба меньшего диаметра (рис. 2, в).

Разборные многопоточные теплообменники «труба в трубе» нашли применение в технологических установках заводов нефтяной, химической, газовой и других отраслей промышленности при температурах от – 40 до +450 °С и давлениях до 2,5…9,0 МПа. Для улучшения теплообмена трубы могут иметь продольные ребра или поперечную винтовую накатку.

Спиральные теплообменники—аппараты, в которых каналы для теплоносителей образованы двумя свернутыми в спирали на специальном станке листами (рис. 3). Расстояние между ними фиксируется приваренными бобышками или штифтами. В соответствии с ГОСТ 12067—80 навивку спиральных теплообменников производят из рулонной стали шириной от 0,2 до 1,5 м с поверхностями нагрева от 3,2 до 100 м2 при расстоянии между листами от 8 до 12 мм и толщине стенок 2 мм для давления до 0,3 МПа и 3 мм — до 0,6 МПа. Зарубежные фирмы изготовляют специальные теплообменники из рулонного материала (углеродистых и легированных сталей, никеля, титана, алюминия, их сплавов и некоторых других) шириной от 0,1 до 1,8 м, толщиной от 2 до 8 мм при расстоянии между листами от 5 до 25 мм. Поверхности нагрева составляют от 0,5 до 160 м2.

Спиральный теплообменник

Рис. 3. Спиральный теплообменник: а — принципиальная схема спирального теплообменника; б — способы соединения спиралей с торцевыми крышками

Спиральные теплообменники устанавливают по штуцерам горизонтально и вертикально. Их часто монтируют блоками по два, четыре, восемь аппаратов и применяют для нагревания и охлаждения жидкостей и растворов. Вертикальные аппараты используют также для конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей. В последнем случае на коллекторе для конденсата имеется штуцер для удаления неконденсирующегося газа.

Пластичные теплообменники (рис. 4, а, б) имеют щелевидные каналы, образованные параллельными пластинками. В простейшем случае пластины могут быть плоскими. Для интенсификации теплообмена и повышения компактности пластинам при изготовлении придают различные профили (рис. 4, в, г), а между плоскими пластинами помещают профилированные вставки. Первые профилированные пластины изготовлялись из бронзы фрезерованием и отличались повышенной металлоемкостью и стоимостью. В настоящее время пластины штампуют из листовой стали (углеродистой, оцинкованной, легированной), алюминия, мельхиора, титана и других металлов и сплавов. Толщина пластин — от 0,5 до 2 мм. Поверхность теплообмена одной пластины — от 0,15 до 1,4 м2, расстояние между пластинами — от 2 до 5 мм.

Пластинчатые теплообменники

Рис. 4. Пластинчатые теплообменники: а — пластинчатый воздухоподогреватель; б — разборный пластинчатый теплообменник для тепловой обработки жидких сред; в — гофрированные пластины; г — профили каналов между пластинами; I, II — вход и выход теплоносителя

Теплообменники делаются:

а) разборными;

б) неразборными.

В разборных аппаратах герметизацию каналов обеспечивают с помощью прокладок на основе синтетических каучуков. Их целесообразно применять при необходимости чистки поверхностей с обеих сторон. Они выдерживают температуры в диапазоне от -20 до 140…150 °С и давления не более 2…2,5 МПа. Неразборные пластинчатые теплообменники выполняют сварными. Они могут работать при температурах до 400 °С и давлениях до 3 МПа. Из попарно сваренных пластин изготовляют полуразборные теплообменники. К аппаратам этого же типа относятся блочные, которые набирают из блоков, образованных несколькими сваренными пластинами. Пластинчатые теплообменные аппараты применяют для охлаждения и нагревания жидкостей, конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей, а также в качестве греющих камер выпарных аппаратов.

Ребристые теплообменники (рис. 5) применяются в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи для одного из теплоносителей значительно ниже, чем для второго. Поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи увеличивают по сравнению с поверхностью теплообмена со стороны другого теплоносителя. Из рис. 5 (е…и) видно, что ребристые теплообменники изготовляют самых различных конструкций. Ребра выполняют поперечными, продольными, в виде игл, спиралей, из витой проволоки и т. д.

Трубы с наружным и внутренним продольным оребрением изготовляют методами литья, сварки, вытяжкой из расплава через фильеру, выдавливанием металла, нагретого до пластического состояния, через матрицу. Для закрепления ребер на трубах и пластинах используют также гальванические покрытия, покраску. Для повышения эффективности ребер их изготовляют из более теплопроводных, чем стальные трубы, материалов: меди, латуни, чаще из алюминия. Однако из-за нарушения контакта между ребром или ребристой рубашкой и стальной несущей трубой биметаллические трубы применяют при температурах не выше 280 °С, трубы с навивным оребрением — до 120 °С; навивные завальцованные в канавку ребра выдерживают температуру до 330 °С, но быстро корродируют у основания в загрязненном воздухе и других агрессивных газах.

ребристые теплообменники

Рис. 5. Типы ребристых теплообменников: а — пластинчатый; б — чугунная трубка с круглыми ребрами; в — трубка со спиральным оребрением; г — чугунная трубка с внутренним оребрением; д — плавниковое оребрение трубок; е — чугунная трубка с двухсторонним игольчатым оребрением; ж — проволочное (биспиральное) оребрение трубок; з — продольное оребрение трубок; и — многоребристая трубка

Электрическое отопление

Если в вашем случае схемы с использованием газовых котлов недоступны, тогда вы сможете использовать в качестве теплоносителя электричество. Существует большое количество вариантов создания отопления. Например, можно изготовить теплый пол, который приобретают готовыми матами и устанавливают их в процессе укладки пола.

Электрический теплый пол

Можно использовать и электрический водяной бойлер. От него прокладываются металлопластиковые трубы Ø16 или Ø20 см. Монтируются они на теплоизоляционный слой. Что касается самой схемы, то здесь можно выбрать комбинированную или спиральную.

Водяной теплый пол

Трубы закрепляются на специальную сетку при помощи креплений. Как только вся система готова и все трубы проложены, следует осуществить ее проверку. Делать это можно двумя методами. Например, можно под давлением залить воду. Если обнаружится течь, тогда следует ее сразу устранить. Другой вариант проще, для этого в систему закачивается воздух. На месте утечки воздух будет при выходе шуметь, и вы обнаружите утечку.

Устройство теплообменника

Как отмечалось выше, конструкции теплообменных аппаратов очень сильно отличаются между собой, поэтому подробно о каждой из них будет рассказано в следующих статьях.

В качестве примера можно рассмотреть пластинчатый разборный теплообменник, как наиболее современный и вытесняющий старые поколения теплообменных аппаратов: кожухотрубные (кожухотрубчатые), «труба в трубе» и другие виды.

Данный вид ТО состоит из двух главных пластин: подвижной и неподвижной прижимных плит. Обе плиты имеют несколько отверстий.

Отверстия, имеющие входящее и выходящее назначение потоков, надежно укрепляют специальной прокладкой и прочными кольцами спереди и сзади соответственно.

Устройство теплообменника на примере пластинчатого разборного аппарата

Рис. 4. Устройство РПТО

При монтаже к входным и выходным отверстиям через патрубки подключаются элементы трубопровода. Для соединения могут быть использованы трубы различного диаметра и с разным типом резьбы (современные требования предлагают использовать резьбу ГОСТа №12815 и ГОСТа №6357). Оба вида имеют прямую зависимость от устройства и его вида.

Посередине между прижимными плитами размещается множество пластин. Толщина пластин находится в пределах всего 0,5 мм, изготавливаются они, только из нержавеющей стали или титана с помощью метода холодной штамповки.

Все слои пластин перемежаются тонкой специальной уплотнительной резиной, которая устанавливается между всеми слоями пластин. Материал резины обладает заметной повышенной устойчивостью к высоким температурам, благодаря которой рабочие каналы становятся полностью герметичными.

Прямые направляющие снизу и сверху обеспечивают фиксацию пакета пластин, а также являются направляющими при сборке агрегата. Пластины сжимаются до необходимого размера при помощи затяжных гаек.

Внутреннее расположение пластин выбрано не случайно, каждая пластина через одну повернута на 180° относительно, рядом расположенных, соседних пластин. Благодаря данному устройству теплообменного аппарата входящее канальное отверстие имеет двойное уплотнение.

Наглядно устройство пластинчатого теплообменника, его сборку и принцип действия можно посмотреть в данном видео:

Область применения

Основные потребители кожухотрубных теплообменников с бытовой точки зрения – жилищно-коммунальные хозяйства. Они применяют агрегаты в составе инженерных сетей. Широко используют изделия теплосети для поставки в жилые дома горячей воды. Если есть возможность, имеет смысл сделать индивидуальный тепловой пункт, он значительно эффективнее, чем централизованная магистраль.

Кожухотрубные устройства нашли применение в нефтедобывающей отрасли, химической и газовой промышленности,в сфере теплоэнергетики

Не обошли их своим вниманием пивное и пищевое производство. Но больше всего востребованы теплообменники в как конденсаторы, утилизаторы тепла отработанных газов и подогреватели

ООО «НЗТО» выпускает изделия, которые характеризуются малой чувствительностью к перепадам температур и давления, не имеют ограничений по рабочим средам. Мы изготавливаем продукцию заданных размеров, горизонтальной или вертикальной ориентации, разных диапазонов рабочего давления и материалов.

Преимущества и недостатки

Сегодня кожухотрубные теплообменники пользуются спросом у потребителей и не теряют своих позиций на рынке. Это обусловлено немалым количеством достоинств, которыми обладают эти устройства:

  1. Высокая стойкость к гидроударам. Это помогает им легко переносить перепады давления и выдерживать серьезные нагрузки.
  2. Не нуждаются в чистой среде. Это значит, что они могут работать с некачественной жидкостью, не прошедшей предварительной очистки, в отличие от множества других видов теплообменников, которые способны работать исключительно в не загрязненных средах.
  3. Высокая эффективность.
  4. Износостойкость.
  5. Долговечность. При должном уходе кожухотрубчатые агрегаты будут работать на протяжении многих лет.
  6. Безопасность использования.
  7. Ремонтопригодность.
  8. Работа в агрессивной среде.

Учитывая вышеизложенные преимущества, можно утверждать об их надежности, высокой эффективности и долговечности.

Кожухотрубные теплообменники в промышленности

Несмотря на большое количество отмеченных преимуществ кожухотрубных теплообменников, данные устройства имеют и ряд недостатков:

  • габаритность и значительный вес: для их размещения необходимо помещение значительных размеров, что не всегда является возможным;
  • высокая металлоемкость : это является основной причиной их высокой цены.

От чего зависит эффективность теплообменника

Качество работы оборудования зависит от:

  • особенностей применения;

  • объема энергии, необходимого для передачи;

  • качества эксплуатации;

  • организации ремонтных работ.

От этих параметров зависит общая стоимость оборудования и обслуживания, которые влияют на работу устройства.

Материалы изготовления

Чаще всего на практике сравнивают медные теплообменники с моделями из алюминиевых сплавов. Отмыть алюминий довольно просто. Он легок и устойчив к попаданию влаги. Медь считается более безопасным вариантом и отличается повышенной передачей тепла.

Модели из нержавейки также используются весьма широко; в основном их применяют там, где изделия на основе черного металла не смогут противостоять агрессивной среде.

Сфера использования

Теплообменники часто применяются для отопления — это знают все. Но такие системы нужны и для газовой колонки. От того, насколько они качественны, зависит срок эксплуатации самой колонки. Однако и для теплого пола подобное оборудование также является обязательным фактически элементом. Смонтировать их просто, а дальнейшее применение позволяет рассчитывать на эффективный прогрев конструкций пола.

Теплообменные узлы бывают предназначены еще:

  • для холодильника (где они используются при циркуляции хладагента);

  • для покрасочной камеры на производстве — поскольку окрашивание требует стабильной температуры, но прямой контакт красителя с нагревателем должен быть исключен;

  • для вентиляции промышленных объектов и иных крупных зданий (там он позволяет экономить немало ресурсов на обогреве);

  • для котла бассейна.

Но даже на этом сфера применения теплообменного оборудования не исчерпывается. Так, оно может использоваться и для рыбалки. Не для самой рыбалки, точнее, а для горелок, применяемых на рыбалке зимой. Теплообменники бывают необходимы еще для катера.

Плавсредство в холодную пору, а на ряде водоемов и круглогодично, должно обогреваться — а где источник тепла, там и его «обменник» присутствует вполне логично.

Дополнительно речь может идти про:

  • комплексы тонкой очистки;

  • охладители корабельных моторов;

  • маслоохладители;

  • охладители циркулирующей воды на индустриальных электростанциях;

  • отвод тепла от турбин, компрессоров и иного оборудования.

Исходные данные и расчет теплообменника

1 – Температура на входе и выходе обоих контуров.
Пример: максимальная входная температура – 55°С, а LMTD – 10°С. Теплообменник будет дешевле и меньше в том случае, когда эта разница будет больше.

2 – Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.
Цена будет ниже в случае плохих параметров.

3 – Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч).
Или пропускная способность теплообменника. Часто указывают лишь один параметр – объем расхода воды. Общий массовый расход можно вычислить если объем пропускной способности умножить на плотность. Например, плотность холодной воды в центральной системе примерно равна 0.99913.

4 – Тепловая мощность (Р, кВт).
Или тепловая нагрузка (количество тепла, отданное теплообменником) вычисляет по формуле:

P = m * cp *δt

  • где m – расход среды
  • cp – удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4,182 кДж/(кг *°C))
  • δt – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 – t2)

5 – Дополнительные характеристики.

  • чтобы выбрать состав пластин, необходимо узнать в какой рабочей среде будет использоваться теплообменник и ее вязкость;
  • средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 – ΔT2/( In ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1(температура на входе горячего контура) – T4(выход горячего контура) и ΔT2 = T2 (вход холодного контура) – T3 (выход холодного контура);
  • уровень загрязненности среды (R) – редко используют, так как этот параметр нужен только в некоторых случаях.

Видео «Как рассчитать теплообменник?»

Подбор теплообменника по параметрам

Есть готовый расчет, заполненный опросный лист или спецификация? Прикрепите файл:

Виды пластинчатых теплообменных аппаратов и их применение

По способу соединения теплообменных пластин теплообменник может быть:

  • разборной;
  • паяный;
  • полусварной;
  • сварной.

Конструкция и принцип работы разборных пластинчатых ТО были описаны выше. Рассмотрим более подробно особенности конструкции и область применения паяных, полусварных и сварных теплообменников.

Паяный пластинчатый теплообменник

Агрегат широко используется для:

  • нагрева и охлаждения рабочих сред;
  • испарения;
  • конденсации;
  • утилизации и рекуперации тепловой энергии.

Теплообменные пластины ППТО изготавливаются из нержавеющей стали. Сборка пакета осуществляется аналогично с разборными теплообменниками, после чего производится пайка медным или никелевым припоем, в зависимости от агрессивности рабочей среды: для более агрессивных сред используется никель.

К наиболее существенным преимуществам паяных ПТО можно отнести:

  • высокую надежность;
  • возможность работы в широком температурном диапазоне;
  • легкость и небольшие габариты;
  • надежность конструкции;
  • простоту монтажа и технического обслуживания;
  • доступную стоимость.

Особенно хорошо паяные ПТО зарекомендовали себя в холодильных и замкнутых отопительных системах.

Полусварные пластинчатые теплообменники

Главной конструктивной особенностью полусварных теплообменников является попарное сваривание штампованных пластин, в результате чего формируется отдельный герметичный модуль. Сборка ПСПТО осуществляется также, как и разборного теплообменника, различие состоит в том, что вместо отдельных пластин используются готовые сварные модули.

Между первичными и вторичными модулями устанавливаются прокладки из термостойкой резины. Отсутствие внутренних прокладок позволяет существенно увеличить рабочее давление в системе и температуру рабочей среды.

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам ПСПТО получили широкое распространение следующих областях:

  • в системах вентиляции и кондиционирования;
  • в химическом и фармацевтическом производстве;
  • в пищевой промышленности;
  • в системах рекуперации;
  • в отопительных системах;
  • в системах централизованной подачи горячей воды.

Среди наиболее значимых преимуществ данной конструкции можно выделить:

  • широкий диапазон рабочих температур;
  • отсутствие герметизирующих прокладок;
  • инертность к агрессивным рабочим средам;
  • простоту монтажа и технического обслуживания.

В отличии от сборных ПТО, полусварные агрегаты практически полностью исключают возможность неправильной сборки.

Сварные пластинчатые теплообменники

Отсутствие уплотнений является главной особенностью конструкции сварных теплообменных аппаратов. Гофрированные пластины сварены в один блок, в котором рабочая среда протекает по внутренним каналам, а нагреваемая – по внешним.

Применяются СПТО при работе с агрессивными средами при повышенных температурах и высоком давлении рабочих сред.

Конструктивные особенности сварных теплообменников обеспечивают следующие преимущества:

  • компактность;
  • высокий коэффициент теплопередачи;
  • незначительные теплопотери;
  • простоту технического обслуживания.

Отсутствие уплотнений в сварных ПТО обеспечивает полную герметичность рабочих каналов, что позволяет работать в экстремальных условиях.

Как выбрать?

Безусловно, учитывать репутацию производителя вполне разумно. Но еще важнее изучить отзывы о конкретных моделях, о том, не требуется ли им ремонт излишне часто, нет ли проблем при техобслуживании. Рассчитать необходимый температурный напор и правильно учесть обслуживаемую площадь, особенно в многоквартирном доме, смогут только специалисты. Размер оборудования, его масса и присоединительные габариты патрубков также должны учитываться. Дополнительно обращают внимание на:

  • расчетное давление;

  • массу пластин;

  • скорость потока;

  • применяемые материалы;

  • общую мощность;

  • КПД.

Буржуйка с теплообменником. Видео

Про особенности изготовления буржуйки из газовых баллонов с теплообменником можно узнать из видео ниже.

Несмотря на широту сфер применения теплообменников, наиболее популярным является их использование в качестве дополнительной системы отопления. Оптимальные технические характеристики обеспечивают качественный прогрев помещений любой площади. Установка полов с теплообменниками не занимает много времени, они просты в эксплуатации и долговечны. Необходимо своевременно проводить профилактические осмотры системы, чтобы своевременно устранять возможные проблемы.

Компактность пластинчатых теплообменников.

Первое
и одно из основополагающих преимуществ
пластинчатого аппарата заключается в
его компактности. Кожухотрубный
теплообменник занимает приблизительно
в 6-8 раз больше места, чем аналогичный
ему по мощности пластинчатый. Компактность
пластинчатых аппаратов определяет
следующее:


значительную экономию пространства
для установки пластинчатого теплообменника,
что бывает очень важным при отсутствии
места для установки аппарата;


очень малые тепловые потери в окружающую
среду с поверхности пластинчатого
теплообменника без дополнительной
теплоизоляции;


сравнительно низкую стоимость пластинчатых
аппаратов при очень высоком качестве
используемых материалов;


значительное снижение затрат на установку
(основание) и обвязку пластинчатых
аппаратов.

Преимущества :

  • повышенная стойкость к гидроударам, что выгодно отличает устройства от аналогов;

  • способность функционировать в условиях, далеких от идеальных, с использованием сильно загрязненных веществ;

  • простота эксплуатации, механическая чистка и техническое обслуживание не представляют трудностей для персонала;

  • хорошая ремонтопригодность.

Последнее качество особенно ценно, если сравнивать кожухотрубчатый аппарат с пластинчатым. Пластинчатые установки имеют в конструкции сложные прокладки и чаще подвержены засорению ввиду небольшого поперечного сечения проточных каналов. После каждой чистки аппарата уплотнения меняют, что выходит довольно дорого. Форма прокладок кожухотрубных теплообменников более простая, это облегчает замену. По количеству их нужно меньше.

Кроме того, пластинчатые варианты не пригодны к применению в зонах с жесткой водой или там, где не исключены механические частицы. Кожухотрубные изделия не настолько требовательны, они могут работать даже с морской водой и агрессивными жидкостями.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...